EP1624204A1 - Welle mit daran befestigtem Übertragungselement - Google Patents

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EP1624204A1
EP1624204A1 EP04103763A EP04103763A EP1624204A1 EP 1624204 A1 EP1624204 A1 EP 1624204A1 EP 04103763 A EP04103763 A EP 04103763A EP 04103763 A EP04103763 A EP 04103763A EP 1624204 A1 EP1624204 A1 EP 1624204A1
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EP
European Patent Office
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shaft
transmission element
gear
components
crankshaft
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Withdrawn
Application number
EP04103763A
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English (en)
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Inventor
Torsten Kluge
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Ford Global Technologies LLC
Original Assignee
Ford Global Technologies LLC
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Publication date
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    • F16C3/04—Crankshafts, eccentric-shafts; Cranks, eccentrics
    • F16C3/06—Crankshafts
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F16H55/32—Friction members
    • F16H55/36—Pulleys
    • F16H55/46—Split pulleys

Definitions

  • the present invention relates to a shaft, in particular a crankshaft, with at least one transmission element attached thereto for transmitting the rotational movement of the shaft.
  • crankshaft in cooperation with the connecting rods, serves to convert the linear movement of the engine pistons into a rotational movement, which ultimately serves to drive the wheels.
  • rotational movement of the crankshaft is also used for control and adjustment purposes, for example for opening and closing the gas exchange valves.
  • a device for adjusting the timing when changing gas is described for example in DE 39 42 052 A1.
  • crankshaft For adjustment or control purposes, the rotational movement of the crankshaft is transmitted, for example by means of gears, chains or belts to another shaft. On the crankshaft then gears, sprockets or pulleys, etc. are attached.
  • a crankshaft is described with a gear, which is arranged between two crank webs. To enable the arrangement between the crank webs, the gear is divided into two parts. When mounting the two parts are assembled on the crankshaft, so that they form a complete, the crankshaft enclosing gear after assembly. The two gear parts are fastened by screws to the crank webs.
  • Object of the present invention is to provide an improved shaft, in particular an improved crankshaft, with an at least two-part transmission element for transmitting the rotational movement of the shaft.
  • This object is achieved by a shaft according to claim 1.
  • the dependent claims contain advantageous developments of the shaft according to the invention.
  • the transmission element is composed of at least two separate components, that each of the components only a part of the circumference of the shaft and the components composite transmission element surrounds the entire circumference of the shaft.
  • the shaft according to the invention is characterized in that the components of the transmission element are fixed to the shaft.
  • a transmission element is to be understood as meaning any element which, in cooperation with other transmission elements and / or belts and / or chains, can transmit the rotation of the shaft to another shaft. In particular, but not exclusively gears, toothed disks, sprockets, sprockets, pulleys or the like can be used as transmission elements.
  • the attachment of the components to the shaft itself and not - as in the prior art - on the crank webs provides the ability to arrange the transmission element not only between two crank webs, but at any position of the (crankshaft), in particular at such positions on where the shaft diameter is reduced compared to the diameters of adjacent shaft regions.
  • the fastening of the transmission element can be done for example by means of screws, welding, in particular friction welding, spot welding, arc welding, etc., as well as by means of soldering, gluing or clamping.
  • the components of the transmission element on active surfaces, which in mounted on the shaft state with corresponding active surfaces of the other component or components of the transmission element in Standing in contact.
  • Each active surface in this case has a profile which is complementary to that effective surface, with which it is in contact with the mounted on the shaft state of the transmission element.
  • the active surfaces then counteract a rotation or displacement of the components relative to one another and also lead to a better distribution of an acting on a component acting for example in the axial direction of the shaft force component on the other components of the transmission element.
  • the production of the profiled active surfaces can be done, for example, that a transmission element is made in one piece and then broken down into its components, for example by sawing or cutting.
  • the sawing or cutting can be done in such a way that at the same time the profiling of the active surfaces takes place.
  • the transmission element is produced in one piece and subsequently broken in a controlled manner.
  • the fracture surfaces represent active surfaces, which have a rougher profile due to their unevenness.
  • the profiles of the active surfaces of a broken into its components transmission element are complementary due to the manufacturing process to each other. In this way can be easily and inexpensively generate complementary active surfaces.
  • a camshaft 1 is shown in FIG. 1, which camshaft 1 has first regions 3 and a second region 5. The diameter of the camshaft 1 is reduced in the second region 5 with respect to that in the first regions 3.
  • a gear 7 is welded to the camshaft 1.
  • the gear 7 serves as a transmission element for transmitting rotational movements of the camshaft 1, which in the exemplary embodiment acts as part of an adjusting device for adjusting, for example, the timing of the gas exchange valves of an internal combustion engine.
  • a gear 7 a sprocket, a sprocket, a pulley or the like may be mounted in the second region 5 of the camshaft.
  • a gear 7 may be mounted, while in the same or in another second region 5 of the camshaft 1, a pulley is mounted. If, in the following, a gear wheel 7 is mentioned, this should therefore also be synonymous with other possible transmission elements.
  • the fixed in the second region 5 of the camshaft 1 gear 7 is designed as a two-part gear.
  • the gear 7 comprises a first part gear 9 and a second part gear 11, which each have two active surfaces 13, where they come into contact with each other when the part gears 9, 11 are fixed to the camshaft 1.
  • the gear 7 may also comprise three or more partial gears.
  • the active surfaces 13 of the partial gears 9, 11 have profiles, wherein the profiles of opposing active surfaces 13a, 13b are complementary to each other.
  • projections in the profile of the effective surface 13a of a partial gear wheel 9 engage in recesses in the profile of the effective surface 13b of the second partial gear 11 and vice versa.
  • a simple method for producing the complementary profiles is to make the gear 7 in one piece and then controlled in the two gear teeth 9, 11 to break. Alternatively, it is also possible to saw or cut the gear 7 in the gear teeth 9, 11. The profile can then be introduced into the active surfaces 13, for example, during sawing or cutting. Finally, it is also possible to produce the first part gear 9 and the second part gear 11 from the outset as separate elements. This manufacturing process can be designed such that the profile of the active surfaces 13 is already produced during manufacture or after production.
  • the gear 7 has a single ring gear 6 and two stages 8.
  • the invention is not limited to such a gear. It can also find other transmission elements with sprockets, possibly with multiple sprockets, or without sprockets and with any number of stages or without stages use.
  • the gear 7 is not limited to mounting in a shaft region 5 in which a reduced diameter is present.
  • the partial gears 9, 11 in the region of a shaft, for example a crankshaft, which lies, for example, between two crank webs, flywheels or flywheels, etc.
  • the attachment of the gear 7 to the shaft 1 can be done by any suitable method. Examples include screwing, gluing, friction welding, spot welding, arc welding, etc. Similarly, soldering or Verklamm réellesvone can be used for fixing the gear.
  • the fastening by means of a clamping ring, a snap ring or a tensioning belt is basically possible.
  • the transmission elements described are particularly suitable for rotational transmissions in which low loads occur. They make it possible to realize modern motor designs with high demands on the cost efficiency as well as the packing density of the components. Apart from crankshafts, they can also be used for other shafts, for example the camshaft.

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Abstract

In einer erfindungsgemäßen Welle (1), insbesondere in einer erfindungsgemäßen Kurbelwelle, mit mindestens einem daran befestigten Übertragungselement (7) zum Übertragen der Drehbewegung der Welle (1) ist das Übertragungselement (7) derart aus zumindest zwei getrennten Komponenten (9, 11) zusammengesetzt, daß jede der Komponenten (9, 11) lediglich einen Teil des Umfangs der Welle (1) und das aus den Komponenten (9, 11) zusammengesetzte Übertragungselement (7) den gesamten Umfang der Welle (1) umgibt. Die erfindungsgemäße Welle (1) zeichnet sich dadurch aus, daß die Komponenten (9, 11) des Übertragungselementes (7) an der Welle (1) befestigt sind. Unter einem Übertragungselement (7) soll hierbei jedes Element zu verstehen sein, welches im Zusammenwirken mit anderen Übertragungselementen und/oder Riemen und/oder Ketten die Rotation der Welle (1) auf eine andere Welle übertragen kann. Als Übertragungselemente (7) können insbesondere, aber nicht ausschließlich Zahnräder, Zahnscheiben, Zahnkränze, Kettenräder und Riemenscheiben oder dergleichen Verwendung finden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Welle, insbesondere eine Kurbelwelle, mit mindestens einem daran befestigten Übertragungselement zum Übertragen der Drehbewegung der Welle.
  • In einem Verbrennungsmotor dient die Kurbelwelle in Zusammenwirkung mit den Pleuelstangen dazu, die lineare Bewegung der Motorkolben in eine Rotationsbewegung umzusetzen, welche schließlich zum Antreiben der Räder dient. Danben wird die Rotationsbewegung der Kurbelwelle auch zu Steuerungs- und Einstellungszwecken, beispielsweise für das Öffnen und Schließen der Gaswechselventile genutzt. Eine Vorrichtung zum Verstellen der Steuerzeiten beim Gaswechsel ist beispielsweise in der DE 39 42 052 A1 beschrieben.
  • Zu Einstell- oder Steuerzwecken wird die Drehbewegung der Kurbelwelle beispielsweise mittels Zahnrädern, Ketten oder Riemen an eine weitere Welle übertragen. Auf der Kurbelwelle sind dann Zahnräder, Kettenräder bzw. Riemenscheiben, etc. angebracht. In DE 44 24 993 A1 ist beispielsweise eine Kurbelwelle mit einem Zahnrad beschrieben, welches zwischen zwei Kurbelwangen angeordnet ist. Um das Anordnen zwischen den Kurbelwangen zu ermöglichen, ist das Zahnrad zweigeteilt. Beim Montieren werden die beiden Teile auf der Kurbelwelle zusammengefügt, so daß sie nach der Montage ein komplettes, die Kurbelwelle umschließendes Zahnrad bilden. Die beiden Zahnradteile werden mittels Schrauben an den Kurbelwangen befestigt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Welle, insbesondere eine verbesserte Kurbelwelle, mit einem mindestens zweigeteilten Übertragungselement zum Übertragen der Drehbewegung der Welle zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch eine Welle nach Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Welle.
  • In einer erfindungsgemäßen Welle, insbesondere in einer erfindungsgemäßen Kurbelwelle, mit mindestens einem daran befestigten Übertragungselement zum Übertragen der Drehbewegung der Welle ist das Übertragungselement derart aus zumindest zwei getrennten Komponenten zusammengesetzt, daß jede der Komponenten lediglich einen Teil des Umfangs der Welle und das aus den Komponenten zusammengesetzte Übertragungselement den gesamten Umfang der Welle umgibt. Die erfindungsgemäße Welle zeichnet sich dadurch aus, daß die Komponenten des Übertragungselementes an der Welle befestigt sind. Unter einem Übertragungselement soll jedes Element zu verstehen sein, welches im Zusammenwirken mit anderen Übertragungselementen und/oder Riemen und/oder Ketten die Rotation der Welle auf eine andere Welle übertragen kann. Als Übertragungselemente können insbesondere, aber nicht ausschließlich Zahnräder, Zahnscheiben, Zahnkränze, Kettenräder, Riemenscheiben oder dergleichen Verwendung finden.
  • Das Befestigen der Komponenten an der Welle selbst und nicht - wie im Stand der Technik - an den Kurbelwangen schafft die Möglichkeit, das Übertragungselement nicht nur zwischen zwei Kurbelwangen anzuordnen, sondern an jeder beliebigen Position der (Kurbel)welle, insbesondere an solchen Positionen, an denen der Wellendurchmesser gegenüber den Durchmessern benachbarter Wellenbereiche verringert ist. Das Befestigen des Übertragungselementes kann beispielsweise mittels Schrauben, Schweißen, insbesondere Reibungsschweißen, Punktschweißen, Lichtbogenschweißen, etc., sowie mittels Löten, Kleben oder Verspannen erfolgen. Darüber hinaus ist es auch möglich, zum Befestigen des Übertragungselementes an der Welle Sprengringe, Spannringe, Spannriemen und dergl. zu verwenden.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weisen die Komponenten des Übertragungselementes Wirkflächen auf, welche im an der Welle angebrachten Zustand mit entsprechenden Wirkflächen der anderen Komponente bzw. Komponenten des Übertragungselementes in Kontakt stehen. Jede Wirkfläche weist dabei ein Profil auf, welches zu derjenigen Wirkfläche komplementär ist, mit der sie im an der Welle angebrachten Zustand des Übertragungselementes in Kontakt steht. Die Wirkflächen wirken dann einem Verdrehen bzw. Verschieben der Komponenten relativ zueinander entgegen und führen außerdem zu einer besseren Verteilung einer an einer Komponente angreifenden beispielsweise in Axialrichtung der Welle wirkende Kraftkomponente auf die übrigen Komponenten des Übertragungselementes.
  • Das Herstellen der profilierten Wirkflächen kann beispielsweise dadurch geschehen, daß ein Übertragungselement einstückig hergestellt wird und anschließend in seine Komponenten beispielsweise durch Zersägen oder Zerschneiden, zerlegt wird. Das Zersägen oder Zerschneiden kann derart geschehen, daß dabei gleichzeitig die Profilierung der Wirkflächen erfolgt. In einer bevorzugten Alternative, wird das Übertragungselement einstückig hergestellt und anschließend kontrolliert zerbrochen. Die Bruchflächen stellen dabei Wirkflächen dar, welche aufgrund ihrer Unebenheit ein rauheres Profil aufweisen. Die Profile der Wirkflächen eines in seine Komponenten zerbrochenen Übertragungselementes sind dabei aufgrund des Herstellungsprozesses komplementär zueinander. Auf diese Weise lassen sich einfach und kostengünstig komplementäre Wirkflächen erzeugen. Alternativ zur einstückigen Herstellung ist es aber auch möglich, die Komponenten des Übertragungselementes getrennt herzustellen und bei diesem Herstellungsprozeß die Profile der Wirkflächen herzustellen.
  • Weitere Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.
    • Fig. 1
    zeigt einen Ausschnitt aus einer Kurbelwelle mit einem daran befestigten zweigeteilten Zahnrad;
    Fig. 2
    zeigt die beiden Komponenten des zweigeteilten Zahnrades aus Fig. 1.
  • Als ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Welle ist in Figur 1 eine Nockenwelle 1 dargestellt, welche erste Bereiche 3 und einen zweiten Bereich 5 aufweist. Der Durchmesser der Nockenwelle 1 ist im zweiten Bereich 5 gegenüber dem in den ersten Bereichen 3 verringert.
  • Im zweiten Bereich 5 ist ein Zahnrad 7 mit der Nockenwelle 1 verschweißt. Das Zahnrad 7 dient als Übertragungselement zum Übertragen von Drehbewegungen der Nockenwelle 1, welches im Ausführungsbeispiel als Teil einer Stelleinrichtung zum Einstellen bspw. der Steuerzeiten der Gaswechselventile eines Verbrennungsmotors fungiert. Statt einem Zahnrad 7 kann auch ein Zahnkranz, ein Kettenrad, eine Riemenscheibe oder dergleichen im zweiten Bereich 5 der Nockenwelle befestigt sein. Außerdem ist es auch möglich, mehr als ein Übertragungselement im zweiten Bereich 5 oder in verschieden zweiten Bereichen der Nockenwelle 1 anzubringen, wobei diese Übertragungselemente auch nicht identisch ausgestaltet zu sein brauchen. Es kann also bspw. in einem zweiten Bereich 5 der Nockenwelle 1 ein Zahnrad 7 angebracht sein, während im selben oder in einem anderen zweiten Bereich 5 der Nockenwelle 1 eine Riemenscheibe angebracht ist. Wenn im Folgenden von einem Zahnrad 7 die Rede ist, so soll dies daher auch synonym für andere mögliche Übertragungselemente stehen.
  • Das im zweiten Bereich 5 der Nockenwelle 1 befestigte Zahnrad 7 ist als zweigeteiltes Zahnrad ausgestaltet. Wie in Figur 2 dargestellt, umfaßt das Zahnrad 7 ein erstes Teilzahnrad 9 und ein zweites Teilzahnrad 11, welche jeweils zwei Wirkflächen 13 aufweisen, an denen sie aneinander zur Anlage kommen, wenn die Teilzahnräder 9, 11 an der Nockenwelle 1 befestigt sind. Statt wie im Ausführungsbeispiel zwei Teilzahnräder 9, 11, kann das Zahnrad 7 auch drei oder mehr Teilzahnräder umfassen.
  • Die Wirkflächen 13 der Teilzahnräder 9, 11 weisen Profile auf, wobei die Profile einander gegenüberliegender Wirkflächen 13a, 13b komplementär zueinander sind. Mit anderen Worten, Vorsprünge im Profil der Wirkfläche 13a des einen Teilzahnrades 9 greifen in Rücksprünge im Profil der Wirkfläche 13b des zweiten Teilzahnrades 11 ein und umgekehrt.
  • Ein einfaches Verfahren zum Herstellen der komplementären Profile besteht darin, das Zahnrad 7 einstückig herzustellen und anschließend kontrolliert in die beiden Teilzahnräder 9, 11 zu zerbrechen. Alternativ ist es jedoch auch möglich, das Zahnrad 7 in die Teilzahnräder 9, 11 zu zersägen oder zu zerschneiden. Das Profil kann dann etwa beim Zersägen bzw. Zerschneiden in die Wirkflächen 13 eingebracht werden. Schließlich ist es auch möglich, das erste Teilzahnrad 9 und das zweite Teilzahnrad 11 von vornherein als getrennte Elemente herzustellen. Dieser Herstellungsprozeß kann derart ausgestaltet sein, daß bereits beim Herstellen oder nach dem Herstellen das Profil der Wirkflächen 13 erzeugt wird.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das Zahnrad 7 einen einzigen Zahnkranz 6 und zwei Stufen 8 auf. Die Erfindung ist jedoch nicht auf ein derartiges Zahnrad beschränkt. Es können auch andere Übertragungselemente mit Zahnkränzen, ggf. auch mit mehreren Zahnkränzen, oder ohne Zahnkränze sowie mit einer beliebigen Anzahl Stufen oder ganz ohne Stufen Verwendung finden.
  • Ebenso ist das Zahnrad 7 nicht auf das Anbringen in einem Wellenbereich 5, in dem ein verringerter Durchmesser vorliegt, beschränkt. Ebenso ist es möglich, die Teilzahnräder 9, 11 im Bereich einer Welle - etwa einer Kurbelwelle - anzubringen, welcher beispielsweise zwischen zwei Kurbelwangen, Schwungrädern oder Schwungscheiben, etc. liegt.
  • Das Befestigen des Zahnrades 7 an der Welle 1 kann mittels jeder geeigneten Methode erfolgen. Beispielhaft seien hier das Verschrauben, das Verkleben, das Reibungsschweißen, das Punktschweißen, das Lichtbogenschweißen, etc. genannt. Ebenso können Lötverfahren oder Verklammerungsprozesse zum Fixieren des Zahnrades zur Anwendung kommen. Auch das Befestigen mittels eines Spannrings, eines Sprengrings oder eines Spannriemen ist grundsätzlich möglich.
  • Die beschriebenen Übertragungselemente eignen sich insbesondere für Rotationsübertragungen, bei denen geringe Belastungen auftreten. Sie ermöglichen es, moderne Motordesigns mit hohen Anforderungen an die Kosteneffizienz sowie die Packungsdichte der Bauteile zu realisieren. Außer an Kurbelwellen können sie auch anderen Wellen, bspw. der Nockenwelle, zum Einsatz kommen.

Claims (6)

  1. Welle mit mindestens einem daran befestigten Übertragungselement (7) zum Übertragen der Drehbewegung der Welle (1), wobei das Übertragungselement (7) derart aus zumindest zwei getrennten Komponenten (9, 11) zusammengesetzt ist, daß jede der Komponenten (9, 11) lediglich einen Teil des Umfangs der Welle (1) und das aus den Komponenten (9, 11) zusammengesetzte Übertragungselement (7) den gesamten Umfang der Welle umgibt,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Komponenten (9, 11) an der Welle (1) befestigt sind.
  2. Welle nach Anspruch 1, bei der das Übertragungselement (7) an einem Bereich (5) der Welle (1) befestigt ist, der einen gegenüber den Nachbarbereichen (3) verminderten Durchmesser aufweist.
  3. Welle nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Komponenten (9, 11) des Übertragungselementes (7) Wirkflächen (13a, 13b) aufweisen, die im an der Welle (1) angebrachten Zustand mit entsprechenden Wirkflächen (13a, 13b) der anderen Komponente(n) (9, 11) des Übertragungselementes in Kontakt stehen, wobei jede Wirkfläche (13a, 13b) ein Profil aufweist, welches zu derjenigen Wirkfläche (13a, 13b) komplementär ist, mit der sie im an der Welle (1) angebrachten Zustand des Übertragungselementes (7) in Kontakt steht.
  4. Welle nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Wirkflächen (13a, 13b) als Bruchflächen ausgestaltet sind.
  5. Welle nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    das Übertragungselement als Zahnrad (7), Kettenrad oder Riemenscheibe ausgestaltet ist.
  6. Welle nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Ausgestaltung als Kurbelwelle oder Nockenwelle (1).
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